Совместное участие ЦГМФ и ЦАМФ в работе каскада фототрансдукции позвоночных
- Авторы: Чернышкова О.1, Ерофеева Н.1, Мешалкина Д.1, Беляков М.1,2, Фирсов М.1
-
Учреждения:
- Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук
- Научно-исследовательский институт гигиены, профпатологии и экологии человека ФМБА России
- Выпуск: Том 18, № 4 (2023)
- Страницы: 759-762
- Раздел: Материалы конференции
- URL: https://ogarev-online.ru/2313-1829/article/view/256328
- DOI: https://doi.org/10.17816/gc623331
- ID: 256328
Цитировать
Открытый доступ
Доступ предоставлен
Только для подписчиков
Аннотация
Современная каноническая схема работы каскада фототрансдукции подразумевает, что основным вторичным мессенджером в системе является циклический гуанозинмонофосфат (цГМФ), а основным фактором регулировки по принципу обратной связи — внутриклеточная концентрация кальция. Эта схема сложилась в результате многолетних усилий большого числа лабораторий и является наиболее хорошо изученной и детальной из всех известных трансдукционных схем других сенсорных модальностей. С другой стороны, имеются многочисленные экспериментальные свидетельства того, что наши знания о механизмах работы каскада фототрансдукции существенно неполны [1]. В частности, каноническая схема каскада подразумевает, что после выключения светового стимула все переходные процессы должны завершиться примерно за секунду или менее. На самом деле, наши собственные данные показывают длительные постстимульные изменения чувствительности клетки и параметров темнового тока с характерными временами более 10 с. Феномены, не укладывающиеся в каноническую схему поведения каскада фототрансдукции, могут быть в принципе объяснены работой еще одного регулирующего механизма, основанного на циклическом аденозинмонофосфате (цАМФ). Убедительные доказательство того, что внутриклеточная концентрация цАМФ может существенно влиять на работу каскада фототрансдукции в медленной (сутки) [2] и относительно быстрой (минуты) [3] временнόй шкале, были получены ранее. Кроме того, феноменологические данные свидетельствуют о том, что в каскаде фототрансдукции могут существовать и другие регуляторные сигнальные пути, для которых нет соответствующего механизма в классической схеме фототрансдукции, такие как инозитолтрифосфат и диацилглицерол. Учитывая, что традиционные флюоресцентные методы не могут быть применены к измерению концентраций любых сигнальных молекул в сетчатке, мы создали программно-аппаратный комплекс, позволяющий производить криофиксацию образцов сетчатки с требуемой скоростью. Комплекс позволяет фиксировать до шести образцов в одной серии с задержкой не более 80 мс после световой стимуляции. Измерение концентрации сигнальных молекул производится методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с тандемной масс-спектрометрией высокого разрешения.
Результат показывает повышение концентрации цАМФ в 4,5 раза через 1,1 с после включения ступени света с интенсивностью, близкой к насыщающей. Увеличение концентрации цАМФ прямо зависит от интенсивности стимулирующего света, при меньшей интенсивности света увеличения цАМФ не происходит. Статистически значимых изменений концентрации IP3 и DAG в ответ на световую стимуляцию не выявлено. Полученные результаты согласуются с данными работы [3] о динамике светоиндуцированной активности протеинкиназы А (PKA), где было показано, что вслед за первоначальным падением активности PKA следует фаза роста её активности. Приведённые данные могут послужить стимулом к пересмотру и существенному дополнению схемы каскада фототрансдукции.
Ключевые слова
Полный текст
Современная каноническая схема работы каскада фототрансдукции подразумевает, что основным вторичным мессенджером в системе является циклический гуанозинмонофосфат (цГМФ), а основным фактором регулировки по принципу обратной связи — внутриклеточная концентрация кальция. Эта схема сложилась в результате многолетних усилий большого числа лабораторий и является наиболее хорошо изученной и детальной из всех известных трансдукционных схем других сенсорных модальностей. С другой стороны, имеются многочисленные экспериментальные свидетельства того, что наши знания о механизмах работы каскада фототрансдукции существенно неполны [1]. В частности, каноническая схема каскада подразумевает, что после выключения светового стимула все переходные процессы должны завершиться примерно за секунду или менее. На самом деле, наши собственные данные показывают длительные постстимульные изменения чувствительности клетки и параметров темнового тока с характерными временами более 10 с. Феномены, не укладывающиеся в каноническую схему поведения каскада фототрансдукции, могут быть в принципе объяснены работой еще одного регулирующего механизма, основанного на циклическом аденозинмонофосфате (цАМФ). Убедительные доказательство того, что внутриклеточная концентрация цАМФ может существенно влиять на работу каскада фототрансдукции в медленной (сутки) [2] и относительно быстрой (минуты) [3] временнόй шкале, были получены ранее. Кроме того, феноменологические данные свидетельствуют о том, что в каскаде фототрансдукции могут существовать и другие регуляторные сигнальные пути, для которых нет соответствующего механизма в классической схеме фототрансдукции, такие как инозитолтрифосфат и диацилглицерол. Учитывая, что традиционные флюоресцентные методы не могут быть применены к измерению концентраций любых сигнальных молекул в сетчатке, мы создали программно-аппаратный комплекс, позволяющий производить криофиксацию образцов сетчатки с требуемой скоростью. Комплекс позволяет фиксировать до шести образцов в одной серии с задержкой не более 80 мс после световой стимуляции. Измерение концентрации сигнальных молекул производится методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с тандемной масс-спектрометрией высокого разрешения.
Результат показывает повышение концентрации цАМФ в 4,5 раза через 1,1 с после включения ступени света с интенсивностью, близкой к насыщающей. Увеличение концентрации цАМФ прямо зависит от интенсивности стимулирующего света, при меньшей интенсивности света увеличения цАМФ не происходит. Статистически значимых изменений концентрации IP3 и DAG в ответ на световую стимуляцию не выявлено. Полученные результаты согласуются с данными работы [3] о динамике светоиндуцированной активности протеинкиназы А (PKA), где было показано, что вслед за первоначальным падением активности PKA следует фаза роста её активности. Приведённые данные могут послужить стимулом к пересмотру и существенному дополнению схемы каскада фототрансдукции.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Вклад авторов. Все авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией).
Источник финансирования. Работа поддержана грантом Российского научного фонда № 22-25-00656.
Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.
Об авторах
О. Чернышкова
Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук
Email: Michael.Firsov@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург
Н. Ерофеева
Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук
Email: Michael.Firsov@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург
Д. Мешалкина
Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук
Email: Michael.Firsov@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург
М. Беляков
Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук; Научно-исследовательский институт гигиены, профпатологии и экологии человека ФМБА России
Email: Michael.Firsov@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург; гп Кузьмоловский, Ленинградская область
М. Фирсов
Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук
Автор, ответственный за переписку.
Email: Michael.Firsov@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург
Список литературы
- Говардовский В.Б., Фирсов М. Неизвестные механизмы регуляции GPCR-сигнального каскада в фоторецепторах позвоночных // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2010. Т. 96, № 9. P. 861–879.
- Astakhova L.A., Samoiliuk E.V., Govardovskii V.I., Firsov M.L. cAMP controls rod photoreceptor sensitivity via multiple targets in the phototransduction cascade // J Gen Physiol. 2012. Vol. 140, N 4. P. 421–433. doi: 10.1085/jgp.201210811
- Sato S., Yamashita T., Matsuda M. Rhodopsin-mediated light-off-induced protein kinase A activation in mouse rod photoreceptor cells // Proc Natl Acad Sci U S A. 2020. Vol. 117, N 43. P. 26996–27003. doi: 10.1073/pnas.2009164117
Дополнительные файлы
